植物叶面积无损测量方法及仪器开发.pdf

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1、第26卷第9期1982010年9月农业工程学报TransactionsoftheCSAEVbl．26No．9Sep．2010植物叶面积无损测量方法及仪器开发聂鹏程L2，杨燕1’3，刘飞1，郑金土4，何勇燃(1．浙江大学生物系统工程与食品科学学院，杭州310029；2．南昌航空大学信息工程学院，南昌330069；3．广西师范学院数学科学学院，南宁530023；4．宁波市林特科技推广中心，宁波315012)摘要：为了快速、无损、准确地测量植物叶面积，设计了一种利用多晶硅光电感应板与平板均匀发光光源照射系统构成的叶面积测量装置。通过试验，建立了植物叶片叶面积与光源光强、光源对叶片透射率、

2、环境温度、光电感应板的光电感应电压值间的BP神经网络关系。结果表明：该仪器可测量不同形状、厚度、软硬程度、叶片大小的植物叶片面积，模型预测值与实际值决定系数R2为O．98，测量精度为94．8％，为叶片叶面积测量提供了一种新的测量方法和装置。关键词：神经网络，无线网络，仪器，植物叶面积，无损检测doi：10．3969／j．issn．1002—6819．2010．09．034中图分类号：$24文献标志码：A文章编号：1002—6819(2010)-09-0198-05聂鹏程，杨燕，刘飞，等．植物时面积无损测量方法及仪器开发[J】．农业工程学报，2010，26(9)：198--202．N

3、iePengcheng，YangYan，LiuFei，eta1．Methodofnon-destructivemeasurementforplantleafareaanditsinstrumentdevelopment[J]．TransactionsoftheCSAE，2010，26(9)：198--202．(inChinesewithEnglishabstract)0引言植物叶面积是衡量作物群体结构的重要指标之一，是植物生长状态诊断及其生长预测模型中重要的参数之一，也是实际管理的重要依据【l引。叶面积也是影响植物光合作用的一个重要因素，与植物氮含量也存在一定的相关性。马新明等【4

4、】提出了叶面积与变量施氮间的关系，建立了相应的模型并得到较好的验证。另外，叶面积是体现作物生长发育和生理生态的重要指标，也是研究作物栽培、遗传育种等必需参考的因素【5】。因此，快速准确地测量植物叶面积能够有效地提高研究效率。随着科技的发展，植物叶面积测量由最初的坐标纸法、系数法、复印称重法、器测法、估计法等【6】传统手段到利用计算机技术检测叶面积，测量精度和可靠性有了较大的提高。利用计算机检测目前主要有计算机图像检测和光谱扫描等方法【7{】，S．Malone、左欣等分别提出了一种基于图像处理的叶面积测量方法【9．101。该方法测量叶面积精度高，且无破坏性。但是图像的获取操作比较复杂

5、，每一次拍摄图片均须要在等距离检测位置处获取叶片图像。操作困难，测量可靠性差且成本较高。马泽清【ll】等提出了利用C12110冠层分析仪、鱼眼镜头数码照片影收稿日期：2009．12-26修订日期：2010-09．10基金项目：国家高技术研究发展计划(“863”计划)项目(2007AAl07．210)：国家农业科技成果转化基金项目(2009GB23600517)；公益性行业(农业)科研专项(200803037)；浙江省自然科学基金重点项目(7-．3090295)l宁波市重大科技攻关项目(007C10034)资助作者简介：聂鹏程(1982一)，男，湖北通城人，博士生，主要从事农业仪器与

6、智能化装备研究。杭州浙江大学生物系统工程与食品科学学院，310029※通信作者：何勇(1963一)，男，浙江慈溪人，教授，博士，博士生导师，主要从事数字农业及3S技术研究．杭州浙江大学生物系统工程与食品科学学院，310029像分析方法测量叶片面积，该方法克服了普通成像图像处理测量法存在的弊端，但成本高，操作过程复杂，推广比较困难。冯冬霞【12】研究了一种高精度便携式光电扫描式叶面积仪，在测量精度方面有较大的提高，但外界因素对精度影响较大。因此，开发一台便携式的使用简单、性能可靠、测量精度高、成本低的植物叶面积测量仪具有重要意义。本文提出了一种新的测量方案，并开发了相应的测量仪器。利

7、用双晶硅光电感应板和平面发光板构成检测系统，采用标准计算法和仪器实际所测得的各项参数建立BP神经网络模型，通过模型运算得出被测叶片面积。1仪器整体设计1．1仪器检测原理与结构设计叶面积检测原理如图l所示，实物图如图2所示。仪器感光板尺寸为245mmX350toni，均匀发光板与多晶硅光电传感器相对。多晶硅光电感应板在光源照射下产生一定的感应电压，当夹入植物叶片时，叶片将部分照射光线遮挡，光电感应板的感应电压也随之变化，利用挡光程度与光电感应电压值的大小关系计算被测叶面